(57)【要約】      （修正有）【課題】  最終的に出力されるレーザ光（Ｑスイッチパルスレーザ光を含むレーザ光）の特性を簡易にかつ精度良く変更することができるＱスイッチレーザ装置を提供する。【解決手段】  Ｑスイッチドライバの高周波電力発生部１８により、高周波電力強度制御信号発生部２２から与えられた高周波電力強度制御信号に基づいて高周波電力の強度が決定され、当該強度の高周波電力が発生される。また、高周波電力出力ゲート部１９により、高周波電力発生部１８により発生された高周波電力がレーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４に選択的に印加される。これにより、レーザ発振器１１内に励起エネルギーを蓄積させる一方で、Ｑスイッチ素子１４により所望の出力タイミングにてレーザ発振器１１内に蓄積された励起エネルギーを解放してＱスイッチパルスレーザ光を出力させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｑスイッチ素子を有するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器の前記Ｑスイッチ素子を駆動するＱスイッチドライバであって、前記Ｑスイッチ素子により所定の発振抑制時間に亘って前記レーザ発振器のＱ値を減少させることにより前記レーザ発振器のレーザ発振を抑制させて前記レーザ発振器内に励起エネルギーを蓄積させる一方で、前記Ｑスイッチ素子により所望の出力タイミングにて前記レーザ発振器のＱ値を増加させることにより前記レーザ発振器内に蓄積された励起エネルギーを解放してＱスイッチパルスレーザ光を出力させるＱスイッチドライバと、
前記Ｑスイッチドライバを制御する制御ユニットであって、所望の出力タイミングにて前記Ｑスイッチパルスレーザ光を出力させるよう前記Ｑスイッチドライバを制御する第１制御部と、前記レーザ発振器の前記Ｑスイッチ素子により前記レーザ発振器のレーザ発振を抑制させる前記発振抑制時間を、前記レーザ発振器から出力される前記Ｑスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間の範囲内で当該出力インターバル時間と独立して任意に設定するよう、前記Ｑスイッチドライバを制御する第２制御部とを有する制御ユニットとを備えたことを特徴とするＱスイッチレーザ装置。
【請求項２】
前記制御ユニットの前記第２制御部により設定される前記発振抑制時間が、前記制御ユニット以外の外部から与えられた外部信号により変更されることを特徴とする、請求項１に記載のＱスイッチレーザ装置。
【請求項３】
前記制御ユニットの前記第２制御部により設定される前記発振抑制時間が、前記制御ユニットの内部で得られた内部信号により変更されることを特徴とする、請求項１に記載のＱスイッチレーザ装置。
【請求項４】
前記制御ユニットは、前記レーザ発振器に投入される励起電力の強度を制御する第３制御部をさらに有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＱスイッチレーザ装置。
【請求項５】
前記制御ユニットの前記第２制御部により制御される前記発振抑制時間及び前記第３制御部により制御される前記励起電力の強度が互いに関連付けられて制御されることを特徴とする、請求項４に記載のＱスイッチレーザ装置。
【請求項６】
前記制御ユニットの前記第２制御部による前記発振抑制時間の制御が、前記第１制御部による前記Ｑスイッチパルスレーザ光の出力タイミングの制御と同期して実時間で行われることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＱスイッチレーザ装置。
【請求項７】
前記制御ユニットの前記第３制御部による前記励起電力の強度の制御が、前記第１制御部による前記Ｑスイッチパルスレーザ光の出力タイミングの制御と同期して実時間で行われることを特徴とする、請求項４又は５に記載のＱスイッチレーザ装置。
【請求項８】
前記制御ユニットの前記第２制御部による前記発振抑制時間の制御及び前記第３制御部による前記励起電力の強度の制御が、前記第１制御部による前記Ｑスイッチパルスレーザ光の出力タイミングの制御と同期して実時間で行われることを特徴とする、請求項４又は５に記載のＱスイッチレーザ装置。
【請求項９】
前記制御ユニットは、前記レーザ発振器のレーザ発振を所望の発振抑制強度で抑制させるよう前記Ｑスイッチドライバを制御する第４制御部をさらに有することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のＱスイッチレーザ装置。
【請求項１０】
前記レーザ発振器は、連続励起方式、パルス励起方式及び変調励起方式からなる群から選択された少なくとも一つの方式により励起されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のＱスイッチレーザ装置。
【請求項１１】
前記レーザ発振器は、当該レーザ発振器から出力されるレーザ光に含まれる基本波光を変換して高調波光を発生させる高調波発生機構を有することを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のＱスイッチレーザ装置。
【請求項１２】
前記Ｑスイッチドライバは、前記レーザ発振器の前記Ｑスイッチ素子に高周波電力を印加することにより前記レーザ発振器のレーザ発振を抑制させることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のＱスイッチレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を出力するレーザ装置に係り、とりわけ、Ｑスイッチパルスレーザ光を出力するＱスイッチレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のＱスイッチレーザ装置は一般に、レーザ発振器のＱ値を減少及び増加させるためのＱスイッチ素子を備えており、レーザ発振器のＱ値を減少させてレーザ発振器内に励起エネルギーを蓄積させた上で、レーザ発振器のＱ値を急激に増加させてレーザ発振器内に蓄積された励起エネルギーを解放させることにより、高ピーク出力及び狭パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光を出力させるようになっている（非特許文献１参照）。ここで、このようなＱスイッチ素子としては例えば、高周波電力（ＲＦ）の印加状態に応じてその内部状態が変化するものを用いることができる。この場合、Ｑスイッチ素子に高周波電力が印加されると、レーザ発振器のレーザ発振が抑制され、一方、Ｑスイッチ素子に印加された高周波電力の印加が停止されると、レーザ発振の抑制状態が解かれる。
【０００３】
このようなＱスイッチレーザ装置において、高ピーク出力及び狭パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光を出力させるためには、Ｑスイッチパルスレーザ光を出力させる前にレーザ発振器内にて十分な量の励起エネルギーを蓄積させておく必要があり、このため、Ｑスイッチ素子の発振抑制時間（Ｑスイッチ素子によりレーザ発振が抑制されている時間）が十分な時間（固体レーザ媒質等の光学遷移寿命（例えば約２００μ秒）よりも長い時間）となるように設定しておく必要がある。ここで、Ｑスイッチ素子のウィンドウ時間（レーザ発振の抑制状態が解かれている時間）は、Ｑスイッチパルスレーザ光の出力のためのトリガを受けてからＱスイッチパルスレーザ光が実際に出力されるまでの時間及びＱスイッチパルスレーザ光のパルス幅に対応する時間を考慮した短い時間（例えば１０μ秒）であればよいので、従来においては通常、Ｑスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間のうち、必要最小限のウィンドウ時間を除いた残りの時間が全て発振抑制時間として設定されている。すなわち、Ｑスイッチ素子の発振抑制時間は、Ｑスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間から、固定長であるウィンドウ時間を差し引いた長さとして、あらかじめ固定的に設定されている。なおこの場合、Ｑスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間自体は当然、発振抑制時間として必要とされる時間を考慮して十分な長さとなるように決められている。
【非特許文献１】“Solid-state Laser Engineering”、Walter-Koechner著、１９７６年、３９７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来のＱスイッチレーザ装置では、Ｑスイッチ素子の発振抑制時間があらかじめ固定的に設定されているので、Ｑスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間が発振抑制時間との関係で十分な長さを持っている限り、最終的に出力されるレーザ光（Ｑスイッチパルスレーザ光を含むレーザ光）の特性（出力ピークやパルス幅、波形等）は一定となる。このような特性は、Ｑスイッチレーザ装置が必要とされる一部の用途では望ましいものであるが、用途によっては、Ｑスイッチパルスレーザ光の出力ピークやパルス幅等が適宜変更されることが好ましい場合があり、また、最終的に出力されるレーザ光として、Ｑスイッチパルスレーザ光に加えて他の形態のレーザ光（連続発振（ＣＷ）レーザ光やノーマルパルスレーザ光等）が付加されたものが用いられることが好ましい場合もある。
【０００５】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、最終的に出力されるレーザ光（Ｑスイッチパルスレーザ光を含むレーザ光）の特性を簡易にかつ精度良く変更することができるＱスイッチレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、Ｑスイッチ素子を有するレーザ発振器と、前記レーザ発振器の前記Ｑスイッチ素子を駆動するＱスイッチドライバであって、前記Ｑスイッチ素子により所定の発振抑制時間に亘って前記レーザ発振器のＱ値を減少させることにより前記レーザ発振器のレーザ発振を抑制させて前記レーザ発振器内に励起エネルギーを蓄積させる一方で、前記Ｑスイッチ素子により所望の出力タイミングにて前記レーザ発振器のＱ値を増加させることにより前記レーザ発振器内に蓄積された励起エネルギーを解放してＱスイッチパルスレーザ光を出力させるＱスイッチドライバと、前記Ｑスイッチドライバを制御する制御ユニットであって、所望の出力タイミングにて前記Ｑスイッチパルスレーザ光を出力させるよう前記Ｑスイッチドライバを制御する第１制御部と、前記レーザ発振器の前記Ｑスイッチ素子により前記レーザ発振器のレーザ発振を抑制させる前記発振抑制時間を、前記レーザ発振器から出力される前記Ｑスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間の範囲内で当該出力インターバル時間と独立して任意に設定するよう、前記Ｑスイッチドライバを制御する第２制御部とを有する制御ユニットとを備えたことを特徴とするＱスイッチレーザ装置を提供する。
【０００７】
なお、本発明においては、前記制御ユニットの前記第２制御部により設定される前記発振抑制時間が、前記制御ユニット以外の外部から与えられた外部信号又は前記制御ユニットの内部で得られた内部信号により変更されることが好ましい。
【０００８】
また、本発明において、前記制御ユニットは、前記レーザ発振器に投入される励起電力の強度を制御する第３制御部をさらに有することが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明においては、前記制御ユニットの前記第２制御部により制御される前記発振抑制時間及び前記第３制御部により制御される前記励起電力の強度が互いに関連付けられて制御されることが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明においては、前記制御ユニットの前記第２制御部による前記発振抑制時間の制御及び／又は前記制御ユニットの前記第３制御部による前記励起電力の強度の制御が、前記第１制御部による前記Ｑスイッチパルスレーザ光の出力タイミングの制御と同期して実時間で行われることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明において、前記制御ユニットは、前記レーザ発振器のレーザ発振を所望の発振抑制強度で抑制させるよう前記Ｑスイッチドライバを制御する第４制御部をさらに有することが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明において、前記レーザ発振器は、連続励起方式、パルス励起方式及び変調励起方式からなる群から選択された少なくとも一つの方式により励起されることが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明において、前記レーザ発振器は、当該レーザ発振器から出力されるレーザ光に含まれる基本波光を変換して高調波光を発生させる高調波発生機構を有することが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明において、前記Ｑスイッチドライバは、前記レーザ発振器の前記Ｑスイッチ素子に高周波電力を印加することにより前記レーザ発振器のレーザ発振を抑制させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、Ｑスイッチドライバを制御する制御ユニットにおいて、所望の出力タイミングにてＱスイッチパルスレーザ光を出力させるよう制御する第１制御部に加えて、Ｑスイッチドライバからレーザ発振器のＱスイッチ素子によりレーザ発振器のレーザ発振を抑制させる発振抑制時間を設定するようＱスイッチドライバを制御する第２制御部を設け、レーザ発振器から出力されるＱスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間の範囲内で当該出力インターバル時間と独立して発振抑制時間を任意に設定することができるようにしているので、Ｑスイッチパルスレーザ光のピーク出力及びパルス幅を繰り返し周波数から独立した形で任意に変更することができる。このため、最終的に出力されるレーザ光であるＱスイッチパルスレーザ光の特性（ピーク出力及びパルス幅）を簡易にかつ精度良く変更することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、Ｑスイッチ素子による発振抑制時間の設定に伴ってウィンドウ時間を任意に設定することができるので、発振抑制時間に対応してＱスイッチパルスレーザ光が出力されるのに加えて、ウィンドウ時間にてレーザ発振器の通常のレーザ発振により発生されたレーザ光が出力されることとなる。このため、最終的に出力されるレーザ光において、Ｑスイッチパルスレーザ光に加えて他の形態のレーザ光を付加することが可能となり、Ｑスイッチパルスレーザ光と他の形態のレーザ光とを組み合わせることで各種のレーザ加工を良好に行うことができる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、制御ユニットの第２制御部により制御される発振抑制時間及び第３制御部により制御される励起電力の強度が互いに関連付けられて制御されるようにすれば、Ｑスイッチパルスレーザ光と他の形態のレーザ光とを含むレーザ光のレーザ波形パターンを簡易にかつ精度良く変更することができる。
【００１８】
さらに、本発明によれば、制御ユニットの第２制御部による発振抑制時間の制御及び／又は制御ユニットの第３制御部による励起電力の強度の制御が、第１制御部によるＱスイッチパルスレーザ光の出力タイミングの制御と同期して実時間で行われるようにすれば、Ｑスイッチパルスレーザ光と他の形態のレーザ光とを含むレーザ光のレーザ波形パターンを時間の経過とともに柔軟に変化させることができる。
【００１９】
さらに、本発明によれば、レーザ発振器に高調波発生機構を設け、レーザ光に含まれる基本波光を高調波光に変換するようにすることにより、高いエネルギー密度を有するＱスイッチパルスレーザ光の部分ほど高調波光を含み、その後の他の形態のレーザ光の部分は高調波光をそれほど含まないようにすることができるので、基本波光及び高調波光のそれぞれに対して物性が異なるような被加工物をレーザ加工する際に当該レーザ加工を効率良く行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
まず、図１により、本発明の一実施形態に係るＱスイッチレーザ装置の全体構成について説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係るＱスイッチレーザ装置１０は、レーザ発振器１１、Ｑスイッチドライバ１７及び総合制御ユニット２０を備えている。
【００２３】
このうち、レーザ発振器１１は、Ｑスイッチパルスレーザ光を含むレーザ光を出力するものであり、一対の共振器ミラー１２ａ，１２ｂと、共振器ミラー１２ａ，１２ｂの間に配置された固体レーザ媒質１３及びＱスイッチ素子１４と、固体レーザ媒質１３に励起用の光を照射する励起源１５とを有している。ここで、励起源１５は、励起源駆動装置２６により駆動されるようになっている。また、レーザ発振器１１は、当該レーザ発振器１１から出力されるレーザ光に含まれる基本波光を変換して高調波光を発生させるとともに基本波光と高調波光とを同時に同軸で出力する高調波発生機構１６を有している。なお、本実施形態では、固体レーザ媒質１３としてＮｄ：ＹＡＧレーザロッド（光学遷移寿命が約２００μ秒）が用いられ、Ｑスイッチ素子１４として音響光学効果型Ｑスイッチ素子（Ａ／Ｏ−Ｑスイッチ）が用いられる場合を例に挙げて説明する。また、本実施形態では、レーザ発振器１１の励起方式が連続励起方式であり、Ｑスイッチパルスレーザ光の繰り返し周波数が１ｋＨｚ（すなわちＱスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間が１ｍ秒）である場合を例に挙げて説明する。
【００２４】
Ｑスイッチドライバ１７は、レーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４を駆動するものであり、高周波電力発生部１８及び高周波電力出力ゲート部１９を有している。ここで、高周波電力発生部１８は、所定の強度（例えば０〜５０Ｗ）の高周波電力（ＲＦ）を発生するものである。また、高周波電力出力ゲート部１９は、高周波電力発生部１８により発生された高周波電力をレーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４に印加するか否かを選択的に決定するものである。
【００２５】
総合制御ユニット２０は、Ｑスイッチドライバ１７及び励起源駆動装置２６を制御するものであり、制御中枢部２１、高周波電力強度制御信号発生部２２、レーザパルス出力信号発生部２３、高周波電力停止信号発生部２４及び励起電力制御信号発生部２５を有している。
【００２６】
以下、制御中枢部２１、高周波電力強度制御信号発生部２２、レーザパルス出力信号発生部２３、高周波電力停止信号発生部２４及び励起電力制御信号発生部２５の詳細について説明する。
【００２７】
制御中枢部２１は、総合制御ユニット２０以外の外部から与えられたレーザ要求信号３０に基づいて、高周波電力強度制御信号発生部２２、レーザパルス出力信号発生部２３、高周波電力停止信号発生部２４及び励起電力制御信号発生部２５を制御するものである。なお、レーザ要求信号３０は、レーザ光を出力させるタイミングの基準となる信号であり、例えばパルス信号の形態で与えられる。
【００２８】
高周波電力強度制御信号発生部２２は、Ｑスイッチドライバ１７の高周波電力発生部１８で発生される高周波電力の強度を決定する信号（高周波電力強度制御信号）を発生するものである。なお、高周波電力強度制御信号は、高周波電力を所定の範囲（例えば０〜５０Ｗ）で変化させるよう、Ｑスイッチドライバ１７の高周波電力発生部１８に、高周波電力に対応する所定の範囲（例えば０〜５Ｖ）のレベル信号の形態で与えられる。ここで、制御中枢部２１及び高周波電力強度制御信号発生部２２により、レーザ発振器１１のレーザ発振を所望の発振抑制強度で抑制させるようＱスイッチドライバ１７を制御する第４制御部が構成されている。
【００２９】
レーザパルス出力信号発生部２３は、所望の出力タイミングにてＱスイッチパルスレーザ光を出力させる信号（レーザパルス出力信号）を発生するものである。なお、レーザパルス出力信号は、Ｑスイッチドライバ１７の高周波電力出力ゲート部１９に例えばパルス信号の形態で与えられ、その結果、レーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４に印加されている高周波電力の印加が一時的に停止するようになっている。ここで、制御中枢部２１及びレーザパルス出力信号発生部２３により、所望の出力タイミングにてＱスイッチパルスレーザ光を出力させるようＱスイッチドライバ１７を制御する第１制御部が構成されている。
【００３０】
高周波電力停止信号発生部２４は、レーザパルス出力信号発生部２３により発生されるレーザパルス出力信号とは独立して、Ｑスイッチドライバ１７からレーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４に印加される高周波電力の印加／停止を切り替える信号（高周波電力停止信号）を発生するものである。なお、高周波電力停止信号は、Ｑスイッチドライバ１７の高周波電力出力ゲート部１９に例えばレベル信号の形態で与えられ、その結果、レーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４に所定の発振抑制時間に亘って高周波電力が印加される一方で、所定のウィンドウ時間に亘ってその印加が停止されるようになっている。なお、高周波電力停止信号発生部２４により発生された高周波電力停止信号により設定される発振抑制時間は、レーザ発振器１１から出力されるＱスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間の範囲内で、総合制御ユニット２０以外の外部から与えられた外部信号により変更されるようになっている。ここで、制御中枢部２１及び高周波電力停止信号発生部２４により、レーザ発振器１１から出力されるＱスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間の範囲内で当該出力インターバル時間と独立して発振抑制時間を設定するようＱスイッチドライバ１７を制御する第２制御部が構成されている。
【００３１】
励起電力制御信号発生部２５は、レーザ発振器１１の励起源１５に投入される励起電力の強度を制御する信号（励起電力制御信号）を発生するものである。なお、励起電力制御信号は、励起源駆動装置２６に例えばレベル信号の形態で与えられる。ここで、制御中枢部２１及び励起電力制御信号発生部２５により、レーザ発振器１１の励起源１５に投入される励起電力の強度を制御する第３制御部が構成されている。
【００３２】
なお、上述した総合制御ユニット２０において、レーザパルス出力信号発生部２３、高周波電力停止信号発生部２４及び励起電力制御信号発生部２５は、制御中枢部２１による制御の下で、互いに連携しながら動作するように構成されており、高周波電力停止信号発生部２４により制御される発振抑制時間及び励起電力制御信号発生部２５により制御される励起電力の強度が互いに関連付けられて制御されるようになっている。また、高周波電力停止信号発生部２４による発振抑制時間の制御及び励起電力制御信号発生部２５による励起電力の強度の制御は、レーザパルス出力信号発生部２３によるＱスイッチパルスレーザ光の出力タイミングの制御と同期して実時間で行われるようになっている。
【００３３】
また、上述した総合制御ユニット２０は、Ｑスイッチドライバ１７及び励起源駆動装置２６を制御するためだけでなく、レーザ加工機等の外部機器を制御したり集中的に監視したりするためにも用いることができる。ここで、後者の場合には、総合制御ユニット２０の制御中枢部２１は、外部機器との間で信号の授受を行ったり、外部機器の状態（例えば異常の有無等）の検知を行ったりするように構成される。また、後者の場合には、総合制御ユニット２０の制御中枢部２１は、総合制御ユニット２０以外の外部から与えられた外部信号の他、総合制御ユニット２０自らが出力する信号（総合制御ユニット２０の内部で得られた内部信号）に基づいて、高周波電力強度制御信号発生部２２、レーザパルス出力信号発生部２３、高周波電力停止信号発生部２４及び励起電力制御信号発生部２５を制御することができる。なおこの場合、高周波電力停止信号発生部２４により発生された高周波電力停止信号により設定される発振抑制時間は、レーザ発振器１１から出力されるＱスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間の範囲内で、総合制御ユニット２０の内部で得られた内部信号により変更されるようにするとよい。
【００３４】
次に、このような構成からなる本実施形態の作用について説明する。
【００３５】
図１に示すＱスイッチレーザ装置１０のレーザ発振器１１において、励起源１５が励起源駆動装置２６により駆動されると、励起源１５から励起用の光が固体レーザ媒質１３に照射される。これにより、固体レーザ媒質１３が励起状態となり、共振器ミラー１２ａ，１２ｂの間で光が繰り返し反射されることによりレーザ発振が可能な状態となる。
【００３６】
このとき、共振器ミラー１２ａ，１２ｂの間に配置されたＱスイッチ素子１４は、Ｑスイッチドライバ１７により印加される高周波電力の印加状態に応じてその内部状態が変化するように構成されており、これにより、レーザ発振器１１のレーザ発振の状態が切り替えられるようになっている。すなわち、Ｑスイッチ素子１４は、光学スイッチの一種であり、Ｑスイッチ素子１４に高周波電力が印加されると、その内部で散乱が生じる。このため、このような状態のＱスイッチ素子１４が共振器ミラー１２ａ，１２ｂの間に配置されていると、光学的な損失が生じることとなり、固体レーザ媒質１３が励起状態であっても、レーザ発振を抑制することができる。これに対し、Ｑスイッチ素子１４に高周波電力が印加されていなければ、Ｑスイッチ素子１４の内部では散乱が生じないので、レーザ発振の抑制状態が解かれる。
【００３７】
このため、Ｑスイッチドライバ１７による制御の下で、Ｑスイッチ素子１４に印加される高周波電力の印加／停止が切り替えられると、次のような過程を経てＱスイッチパルスレーザ光が出力される。すなわち、Ｑスイッチ素子１４により所定の時間（発振抑制時間）に亘って高周波電力が印加されると、当該発振抑制時間に亘って上述した原理に従ってレーザ発振器１１のＱ値が減少することとなり、レーザ発振器１１のレーザ発振が抑制されてレーザ発振器１１内に励起エネルギーが蓄積される。この状態で、Ｑスイッチ素子１４により所望の出力タイミングにて高周波電力の印加が停止されると、上述した原理に従ってレーザ発振器１１のＱ値が急激に増加することとなり、レーザ発振器１１内に蓄積された励起エネルギーが解放されて、高ピーク出力及び狭パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光が出力される。すなわち、Ｑスイッチ素子１４により引き起こされた光学的な損失により、レーザ発振器１１の固体レーザ媒質１３を所定の発振抑制時間に亘って十分に励起して励起準位に十分なエネルギーを蓄積した後、所望のタイミングにてＱスイッチ素子１４内の光学的な損失を急速に取り除いて一気に光学遷移を引き起こすことにより、高ピーク出力及び狭パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光が出力される。このとき、Ｎｄ：ＹＡＧレーザロッドからなる固体レーザ媒質１３の光学遷移寿命（励起準位寿命）は約２００μ秒であるので、発振抑制時間が２００μ秒よりも十分に長ければ、励起準位に十分なエネルギーが蓄積されることとなり、その結果、高ピーク出力及び狭パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光が出力される。なお、レーザ発振器１１が連続励起方式の場合には、高周波電力が印加されている時間のみ励起エネルギーが蓄積され、その上限は光学遷移寿命であるので、光学遷移寿命よりもＱスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間が長いと、その長い分だけ励起電力が自然放出されて無駄となる。また、発振抑制時間が２００μ秒よりも短い時間、例えば３０μ秒程度であると、その短い時間のみしか励起エネルギーが蓄積されないので、発振抑制時間が２００μ秒である場合に比べて、低ピーク出力及び広パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光が出力されることとなる。なお、本実施形態では、主たるＱスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間のうち、主たるＱスイッチパルスレーザ光を出力させるためにレーザ発振が抑制されている時間を「発振抑制時間」、当該発振抑制時間が経過した後でかつ次の主たるＱスイッチパルスレーザ光の出力タイミングが到来するまでの時間を「ウィンドウ時間」という。
【００３８】
ここで、このような構成からなるレーザ発振器１１は、総合制御ユニット２０による制御の下で、Ｑスイッチドライバ１７及び励起源駆動装置２６により駆動される。
【００３９】
より具体的には、総合制御ユニット２０に外部からレーザ要求信号３０が与えられると、制御中枢部２１による制御の下で、次のような動作が行われる。
【００４０】
すなわち、制御中枢部２１による制御の下で、高周波電力強度制御信号発生部２２により、Ｑスイッチドライバ１７の高周波電力発生部１８で発生される高周波電力の強度を決定する高周波電力強度制御信号が発生される。このようにして発生された高周波電力強度制御信号は、Ｑスイッチドライバ１７の高周波電力発生部１８に与えられ、その結果、高周波電力発生部１８により発生される高周波電力の強度が所定の範囲（例えば０〜５０Ｗ）で変化する。
【００４１】
また、制御中枢部２１による制御の下で、レーザパルス出力信号発生部２３により、所望の出力タイミングにてＱスイッチパルスレーザ光を出力させるレーザパルス出力信号が発生され、さらに、高周波電力停止信号発生部２４により、レーザパルス出力信号発生部２３により発生されるレーザパルス出力信号とは独立して、Ｑスイッチドライバ１７からレーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４に印加される高周波電力の印加／停止を切り替える高周波電力停止信号が発生される。このようにして発生されたレーザパルス出力信号及び高周波電力停止信号は、Ｑスイッチドライバ１７の高周波電力出力ゲート部１９に与えられ、その結果、レーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４に印加されている高周波電力の印加が所望の出力タイミングにて一時的に停止される。また、レーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４に所定の発振抑制時間に亘って高周波電力が印加される一方で、所定のウィンドウ時間に亘ってその印加が停止される。ここで、高周波電力停止信号発生部２４により発生された高周波電力停止信号により設定される発振抑制時間は、レーザ発振器１１から出力されるＱスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間の範囲内で、総合制御ユニット２０以外の外部から与えられた外部信号又は総合制御ユニット２０の内部で得られた内部信号により変更される。
【００４２】
さらに、制御中枢部２１による制御の下で、励起電力制御信号発生部２５により、レーザ発振器１１の励起源１５に投入される励起電力の強度を制御する励起電力制御信号が発生され、励起源駆動装置２６に与えられる。
【００４３】
以上により、Ｑスイッチドライバ１７においては、高周波電力発生部１８により、総合制御ユニット２０の高周波電力強度制御信号発生部２２から与えられた高周波電力強度制御信号に基づいて高周波電力の強度が決定され、当該強度の高周波電力が発生される。また、高周波電力出力ゲート部１９により、総合制御ユニット２０のレーザパルス出力信号発生部２３から与えられたレーザパルス出力信号及び高周波電力停止信号発生部２４から与えられた高周波電力停止信号に基づいて、高周波電力発生部１８により発生された高周波電力がレーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４に選択的に印加される。これにより、Ｑスイッチ素子１４により所定の発振抑制時間に亘ってレーザ発振器のＱ値を減少させることによりレーザ発振器１１のレーザ発振を抑制させてレーザ発振器１１内に励起エネルギーを蓄積させる一方で、Ｑスイッチ素子１４により所望の出力タイミングにてレーザ発振器１１のＱ値を増加させることによりレーザ発振器１１内に蓄積された励起エネルギーを解放してＱスイッチパルスレーザ光を出力させることが可能となる。なおこのとき、励起源駆動装置２６によりレーザ発振器１１の励起源１５に投入される励起電力の強度は、総合制御ユニット２０の励起電力制御信号発生部２５から与えられた励起電力制御信号に基づいて、総合制御ユニット２０の高周波電力停止信号発生部２４により制御される発振抑制時間に関連付けられて制御される。
【００４４】
ここで、図２(a)(b)により、図１に示すＱスイッチレーザ装置１０におけるレーザ光の発振態様について説明する。
【００４５】
図２(a)に示すように、総合制御ユニット２０の高周波電力停止信号発生部２４により高周波電力停止信号の発生タイミングが制御され、１ｍ秒の出力インターバル時間Ｔのうち、所定の発振抑制時間Ｄ（ここでは５００μ秒）に亘って所定の強度の高周波電力４１が印加され、所定のウィンドウ時間Ｗ（ここでは５００μ秒）に亘って高周波電力の印加が停止されたとする。この場合には、図２(b)に示すように、発振抑制時間Ｄにて印加された高周波電力４１に対応して、高周波電力４１の印加が停止してから約４μ秒後にＱスイッチパルスレーザ光５１が出力され、さらにそれに続いて、数十μ秒程度の立ち上がり時間の後、ウィンドウ時間Ｗにてレーザ発振器１１の通常のレーザ発振により発生された連続発振（ＣＷ）レーザ光５２が出力される。このＣＷレーザ光５２の出力は、高周波電力４１が再び印加される約５００μ秒後まで続く。なお、ＣＷレーザ光５２の出力が５００μ秒も必要でない場合には、励起源駆動装置２６によりレーザ発振器１１の励起源１５に投入される励起電力の印加を停止して、励起を行わないようにすることも可能である。ここで、発振抑制時間Ｄにてレーザ発振が抑制されて励起エネルギーが蓄積されるが、発振抑制時間Ｄが５００μ秒あるので、励起準位は飽和状態に達することとなり、通常のＱスイッチパルスレーザ光と同様の高ピーク出力及び狭パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光５１が出力される。すなわち、発振抑制時間Ｄ及びウィンドウ時間Ｗがそれぞれ５００μ秒に設定された場合には、レーザ光の発振態様は、通常のＱスイッチパルスレーザ光５１の後に５００μ秒弱のＣＷレーザ光５２が付随した形となる。なお、本実施形態では、通常のＱスイッチパルスレーザ光５１の後に続くＣＷレーザ光５２に関し、連続励起方式のレーザ発振器１１の通常のレーザ発振に起因するものであるという意味で、「ＣＷ（連続発振）」レーザ光として表記しているが、持続時間が約５００μ秒弱と短いことから、実際には、ピーク出力の低いパルス状のレーザ光としても捉えることができるものである。
【００４６】
なお、発振抑制時間Ｄが２００μ秒程度（ウィンドウ時間Ｗが８００μ秒程度）までであれば、発振抑制時間Ｄにて十分な励起エネルギーが蓄積されて、励起準位はほぼ飽和状態に達するので、通常のＱスイッチパルスレーザ光と同様の高ピーク出力及び狭パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光が出力される。例えば、図３(a)(b)に示すように、発振抑制時間Ｄ及びウィンドウ時間Ｗがそれぞれ２００μ秒及び８００μ秒に設定された場合には、レーザ光の発振態様は、通常のＱスイッチパルスレーザ光５１の後に８００μ秒弱のＣＷレーザ光５２が付随した形となる。
【００４７】
これに対し、発振抑制時間Ｄが２００μ秒程度以下（ウィンドウ時間Ｗが８００μ秒程度以上）になると、発振抑制時間Ｄにて十分な励起エネルギーが蓄積されず、励起準位が飽和しなくなるので、通常のＱスイッチパルスレーザ光に比べて低ピーク出力及び広パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光５１′が出力される。例えば、図４(a)(b)に示すように、発振抑制時間Ｄ及びウィンドウ時間Ｗがそれぞれ１００μ秒及び９００μ秒に設定された場合には、レーザ光の発振態様は、通常のＱスイッチパルスレーザ光に比べて低ピーク出力及び広パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光５１′の後に９００μ秒弱のＣＷレーザ光５２が付随した形となる。
【００４８】
ここで、発振抑制時間Ｄが２００μ秒程度以下（ウィンドウ時間Ｗが８００μ秒程度以上）になった場合には、発振抑制時間Ｄの大きさに応じてＱスイッチパルスレーザ光のピーク出力の低下及びパルス幅の増大が引き起こされるので、発振抑制時間Ｄを制御することにより、Ｑスイッチパルスレーザ光５１′のピーク出力及びパルス幅を制御することができる。また、発振抑制時間Ｄを制御するとともに、励起電力の強度を制御するようにすれば、従来不可能であった任意のレーザ波形パターンを持つレーザ光を得ることが可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態では、レーザ発振器１１に高調波発生機構１６が設けられているので、レーザ光に含まれる基本波光が高調波光に変換される。この際、基本波光を高調波光に変換する変換効率はエネルギー密度が高いほどよいので、高いエネルギー密度を有するＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′の部分ほど高調波光が発生し、その後のＣＷレーザ光５２の部分では高調波光がそれほど発生しない。すなわち、Ｑスイッチパルスレーザ光５１，５１′の部分は、変換された高調波パルスと、変換されずに残った僅かな基本波パルスとを含み、ＣＷレーザ光５２の部分は、変換された僅かな高調波パルスと、変換されずに残った基本波パルスとを含むこととなる。
【００５０】
ここで、比較のために、図5(a)(b)により、一般的なＱスイッチレーザ装置におけるレーザ光の発振態様について説明する。
【００５１】
図５(a)に示すように、一般的なＱスイッチレーザ装置においては、Ｑスイッチ素子のウィンドウ時間Ｗは、ウィンドウ時間Ｗの開始時点からＱスイッチパルスレーザ光が実際に出力されるまでの時間（例えば約４μ秒）及びＱスイッチパルスレーザ光のパルス幅（例えば約数十ｎ秒）に対応する時間を考慮した短い時間（例えば１０μ秒）であればよいので、通常、Ｑスイッチパルスレーザ光の出力インターバル時間Ｔのうち、ウィンドウ時間Ｗ（ここでは１０μ秒）を除いた残りの時間が全て発振抑制時間Ｄ（ここでは９９０μ秒）として設定されている。この場合には、発振抑制時間Ｄにて十分な励起エネルギーが蓄積されて、励起準位は飽和状態に達するので、図５(b)に示すように、レーザ光の発振態様は、高ピーク出力及び狭パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光５１のみが出力される形となる。なおこの場合、極めて短いウィンドウ時間Ｗ以外の時間が全て発振抑制時間Ｄとなり、レーザ発振が抑制されているので、図２(b)、図３(b)及び図４(b)に示す場合とは異なり、ＣＷレーザ光は出力されない。
【００５２】
このように本実施形態によれば、Ｑスイッチドライバ１７を制御する総合制御ユニット２０において、所望の出力タイミングにてＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′を出力させるレーザパルス出力信号を発生するレーザパルス出力信号発生部２３に加えて、Ｑスイッチドライバ１７からレーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４に印加される高周波電力４１の印加／停止を切り替える高周波電力停止信号を発生する高周波電力停止信号発生部２４を設け、Ｑスイッチパルスレーザ光５１，５１′の出力インターバル時間Ｔの範囲内で当該出力インターバル時間Ｔと独立してＱスイッチ素子１４による発振抑制時間Ｄを任意に設定することができるようにしているので、Ｑスイッチパルスレーザ光５１，５１′のピーク出力及びパルス幅を繰り返し周波数から独立した形で任意に変更することができる。このため、最終的に出力されるレーザ光であるＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′の特性を用途に応じて任意に変更することができる。具体的には、Ｑスイッチパルスレーザ光５１，５１′の出力インターバル時間Ｔの範囲内でＱスイッチ素子１４による発振抑制時間Ｄを任意に設定することができるので、Ｑスイッチ素子１４による発振抑制時間Ｄが光学遷移寿命以下であるような範囲内で発振抑制時間Ｄを制御するようにすれば、最終的に出力されるレーザ光であるＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′のピーク出力及びパルス幅を簡易にかつ精度良く変更することができる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、Ｑスイッチ素子１４による発振抑制時間Ｄの設定に伴ってウィンドウ時間Ｗを任意に設定することができるので、発振抑制時間Ｄにて印加された高周波電力４１に対応してＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′が出力されるのに加えて、ウィンドウ時間Ｗにてレーザ発振器１１の通常のレーザ発振により発生されたＣＷレーザ光５２が出力されることとなる。このため、最終的に出力されるレーザ光において、Ｑスイッチパルスレーザ光５１，５１′に加えて他の形態のレーザ光であるＣＷレーザ光５２を付加することが可能となり、Ｑスイッチパルスレーザ光５１，５１′とＣＷレーザ光５２とを組み合わせることで各種のレーザ加工を良好に行うことができる。
【００５４】
さらに、本実施形態によれば、総合制御ユニット２０において、高周波電力停止信号発生部２４により制御される発振抑制時間Ｄ及び励起電力制御信号発生部２５により制御される励起電力の強度が互いに関連付けられて制御されているので、Ｑスイッチパルスレーザ光５１，５１′とＣＷレーザ光５２とを含むレーザ光のレーザ波形パターンを簡易にかつ精度良く変更することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態によれば、総合制御ユニット２０において、高周波電力停止信号発生部２４による発振抑制時間Ｄの制御及び励起電力制御信号発生部２５による励起電力の強度の制御が、レーザパルス出力信号発生部２３によるＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′の出力タイミングの制御と同期して実時間で行われるので、Ｑスイッチパルスレーザ光５１，５１′とＣＷレーザ光５２とを含むレーザ光のレーザ波形パターンを時間の経過とともに柔軟に変化させることができる。
【００５６】
さらに、本実施形態によれば、レーザ発振器１１に高調波発生機構１６を設け、レーザ光に含まれる基本波光を高調波光に変換するようにしているので、高いエネルギー密度を有するＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′の部分ほど高調波光を含み、その後のＣＷレーザ光５２の部分は高調波光をそれほど含まないようにすることができる。このため、例えば、Ｑスイッチレーザ装置１０によりレーザ加工される被加工物の物性が高調波光の波長では高い吸収率を持つが、基本波光の波長では吸収率が低い場合であれば、高調波光を多く含むＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′でレーザ加工のきっかけを得て、その後のＣＷレーザ光５２によるレーザ加工を良好に進めることができる。具体的には例えば、被加工物として、表面が酸化皮膜に覆われ、この酸化皮膜のために効率良くレーザ加工が行えないものが用いられる場合には、最初に、高ピーク出力及び狭パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′により被加工物表面の酸化皮膜を除去した後に、ＣＷレーザ光５２を続けて照射するようにすれば、レーザ加工を全体として効率良く行うことができる。また、被加工物として、固体状態ではレーザ光の反射率が高くレーザ加工が困難であるが、溶融状態では反射率が激減してレーザ光を十分に吸収するような状態となる材料（例えば銅やアルミニウム等）からなるものが用いられる場合には、最初に、高ピーク出力及び狭パルス幅を持つＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′により被加工物表面を僅かに溶融させて、レーザ光の吸収率を上げた後に、ＣＷレーザ光５２を続けて照射するようにすれば、レーザ加工を全体として効率良く行うことができる。さらに、被加工物として、基本波光に対しては反射率が高いが、高調波光に対しては反射率が低いようなものが用いられる場合には、最初に、高調波光を多く含むＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′により被加工物表面を溶融させた後に、基本波を多く含むＣＷレーザ光５２を続けて照射するようにすれば、レーザ加工を全体として効率良く行うことができる。
【００５７】
なお、上述した実施形態においては、レーザ発振器１１から出力されるＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′の１回の出力インターバル時間Ｔにおいて、高周波電力４１が発振抑制時間Ｄにて１回のみ印加される場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、図６(a)(b)に示すように、発振抑制時間Ｄにて高周波電力４１が１回印加されるのに加えて、ウィンドウ時間Ｗにて高周波電力４２が１回以上印加されるようにしてもよい。このような態様は、総合制御ユニット２０の高周波電力停止信号発生部２４により発生される高周波電力停止信号の発生タイミング及び発生回数を制御することにより実現することが可能である。これにより、発振抑制時間Ｄにて印加された高周波電力４１に対応してＱスイッチパルスレーザ光５１（及びそれに付随するＣＷレーザ光５２）が出力されるのに加えて、ウィンドウ時間Ｗにて印加されたそれぞれの高周波電力４２に対応して所望のピーク出力及びパルス幅のＱスイッチパルスレーザ光５３（及びそれに付随するＣＷレーザ光５４）が出力される。なお、Ｑスイッチパルスレーザ光５３のピーク出力及びパルス幅は、Ｑスイッチパルスレーザ光５１，５１′の場合と同様に、ウィンドウ時間Ｗにて印加される高周波電力４２の印加時間に依存することとなり、１回の印加時間が２００μ秒程度以下では、その印加時間に応じた低ピーク出力及び広パルス幅のパルスレーザ光が出力される。これに対し、１回の印加時間が２００μ秒程度以上となると、十分な高ピーク出力及び狭パルス幅のパルスレーザ光が出力されることとなり、見かけ上、Ｑスイッチパルスレーザ光の繰り返し周波数を上昇させた場合と同様になる。
【００５８】
また、上述した実施形態においては、レーザ発振器１１から出力されるＱスイッチパルスレーザ光５１，５１′の１回の出力インターバル時間Ｔにおいて、高周波電力４１が発振抑制時間Ｄのみにて印加される場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、図７(a)(b)に示すように、ウィンドウ時間Ｗにて比較的低強度の高周波電力４３が印加されるようにしてもよい。このような態様は、総合制御ユニット２０の高周波電力強度制御信号発生部２２で発生される高周波電力強度制御信号の強度、及び高周波電力停止信号発生部２４で発生される高周波電力停止信号の発生タイミング及び発生回数を制御することにより実現することが可能である。これにより、発振抑制時間Ｄにて印加された高周波電力４１に対応してＱスイッチパルスレーザ光５１（及びそれに付随するＣＷレーザ光５２）が出力されるのに加えて、ウィンドウ時間Ｗにて印加される比較的低強度の高周波電力４３に対応して、ＣＷレーザ光５２として、高周波電力が印加されていない部分に対応するＣＷレーザ光５２ａと、高周波電力４３が印加されている部分に対応するＣＷレーザ光５２ｂ（ＣＷレーザ光５２ａよりも強度が小さい）とが出力される。なお、ウィンドウ時間Ｗにて印加される高周波電力４３が発振抑制時間Ｄの経過後において比較的直ぐに印加されるようにすれば、Ｑスイッチレーザ装置で用いられることがあるファーストパルス除去機能と同様に、Ｑスイッチパルスレーザ光５１のピーク出力及びパルス幅を制御することも可能である。ここで、ウィンドウ時間Ｗにて印加される高周波電力４３の強度は適宜任意の大きさに設定することが可能である。これにより、Ｑスイッチパルスレーザ光５１のピーク出力及びパルス幅や、ＣＷレーザ光５２ｂの強度等を精度良く制御することができる。
【００５９】
さらに、上述した実施形態においては、レーザ発振器１１の励起方式が連続励起方式である場合を例に挙げて説明したが、レーザ発振器１１の励起方式はこれに限られるものではなく、パルス励起方式や変調励起方式といった任意の励起方式を用いることができる。
【００６０】
まず、図８(a)(b)(c)により、レーザ発振器１１の励起方式がパルス励起方式である場合におけるレーザ光の発振態様について説明する。この場合には、図８(a)に示すように、レーザ発振器１１にパルス状の励起電力６１が投入される。この態様で、図８(b)に示すように、パルス状の励起電力６１の投入タイミングに合わせて高周波電力４１が印加される。具体的には、パルス状の励起電力６１の一部をカバーする所定の発振抑制時間Ｄに亘って所定の強度の高周波電力４１が印加され、所定のウィンドウ時間Ｗに亘って高周波電力の印加が停止される。これにより、図８(c)に示すように、発振抑制時間Ｄにて印加された高周波電力４１に対応して、高周波電力４１の印加が停止してから約４μ秒後にＱスイッチパルスレーザ光５１が出力され、さらにそれに続いて、ウィンドウ時間Ｗにてレーザ発振器１１の通常のレーザ発振により発生されたパルス状の励起電力６１に対応するノーマルパルスレーザ光５５が出力される。なお、発振抑制時間Ｄは、Ｑスイッチパルスレーザ光５１の出力インターバル時間Ｔの範囲内である必要があり、好ましくは、その上限がパルス状の励起電力６１のパルス幅よりも小さいことが好ましい。ここでは、発振抑制時間Ｄにてレーザ発振が抑制されて励起エネルギーが蓄積され、その蓄積の程度に応じてＱスイッチパルスレーザ光５１のピーク出力及びパルス幅が決められるので、発振抑制時間Ｄを制御することにより、Ｑスイッチパルスレーザ光５１のピーク出力及びパルス幅を制御することができる。また、発振抑制時間Ｄを制御するとともに、パルス状の励起電力６１の強度と投入タイミングとを制御するようにすれば、Ｑスイッチパルスレーザ光５１及びノーマルパルスレーザ光５５を任意のパターンで出力させることが可能となり、従来不可能であった任意のレーザ波形パターンを持つレーザ光を得ることが可能となる。
【００６１】
なお、図８(a)(b)(c)においては、パルス状の励起電力６１が矩形波である場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、任意の波形であってもよい。また、Ｑスイッチパルスレーザ光５１の１回の出力インターバル時間Ｔにつき、パルス状の励起電力６１が１回のみ投入される場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、Ｑスイッチパルスレーザ光の１回の出力インターバル時間Ｔにつき、パルス状の励起電力６１が複数回投入されてもよい。
【００６２】
次に、図９(a)(b)(c)により、レーザ発振器１１の励起方式が変調励起方式である場合におけるレーザ光の発振態様について説明する。この場合には、図９(a)に示すように、レーザ発振器１１に、変調励起された励起電力６２ａ，６２ｂが投入される。この態様で、図９(b)に示すように、励起電力６２ａ，６２ｂの投入タイミングに合わせて高周波電力４１が印加される。具体的には、一方の励起電力６２ａの一部をカバーする所定の発振抑制時間Ｄに亘って所定の強度の高周波電力４１が印加され、所定のウィンドウ時間Ｗに亘って高周波電力の印加が停止される。これにより、図９(c)に示すように、発振抑制時間Ｄにて印加された高周波電力４１に対応して、高周波電力４１の印加が停止してから約４μ秒後にＱスイッチパルスレーザ光５１が出力され、さらにそれに続いて、ウィンドウ時間Ｗにてレーザ発振器１１の通常のレーザ発振により発生された励起電力６２ａに対応するノーマルパルスレーザ光５５が出力され、さらにそれに続いて、励起電力６２ｂに対応するノーマルパルスレーザ光５６が出力される。なお、発振抑制時間Ｄは、Ｑスイッチパルスレーザ光５１の出力インターバル時間Ｔの範囲内である必要がある。ここでは、発振抑制時間Ｄにてレーザ発振が抑制されて励起エネルギーが蓄積され、その蓄積の程度に応じてＱスイッチパルスレーザ光５１のピーク出力及びパルス幅が決められるので、発振抑制時間Ｄを制御することにより、Ｑスイッチパルスレーザ光５１のピーク出力及びパルス幅を制御することができる。また、発振抑制時間Ｄを制御するとともに、励起電力６２ａ，６２ｂの強度と投入タイミングとを制御するようにすれば、Ｑスイッチパルスレーザ光５１及びノーマルパルスレーザ光５５，５６を任意のパターンで出力させることが可能となり、従来不可能であった任意のレーザ波形パターンを持つレーザ光を得ることが可能となる。
【００６３】
なお、図９(a)(b)(c)においては、励起電力６２ａ，６２ｂが矩形波である場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、任意の波形であってもよい。また、Ｑスイッチパルスレーザ光５１の１回の出力インターバル時間Ｔにつき、励起電力６２ａ，６２ｂが１回のみ投入される場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、Ｑスイッチパルスレーザ光の１回の出力インターバル時間Ｔにつき、励起電力６２ａ，６２ｂが複数回投入されてもよい。
【００６４】
以上においては、レーザ発振器１１の励起方式が連続励起方式、パルス励起方式及び変調励起方式のいずれかの方式である場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、連続励起方式、パルス励起方式及び変調励起方式のうちの少なくとも２つの方式を組み合わせた方式を用いてもよい。具体的には例えば、図１０(a)に示すように、レーザ発振器１１に、パルス状の励起電力６１及びＣＷ励起電力６３が重畳されたものが投入されるようにすることができる。この態様で、図１０(b)に示すように、パルス状の励起電力６１の投入タイミングに合わせて高周波電力４１が印加される。具体的には、パルス状の励起電力６１以外の部分に位置するＣＷ励起電力６３の一部をカバーする所定の発振抑制時間Ｄに亘って所定の強度の高周波電力４１が印加され、所定のウィンドウ時間Ｗに亘って高周波電力の印加が停止される。これにより、図１０(c)に示すように、発振抑制時間Ｄにて印加された高周波電力４１に対応して、高周波電力４１の印加が停止してから約４μ秒後にＱスイッチパルスレーザ光５１が出力され、さらにそれに続いて、ウィンドウ時間Ｗにてレーザ発振器１１の通常のレーザ発振により発生されたパルス状の励起電力６１及びＣＷ励起電力６３にそれぞれ対応するノーマルパルスレーザ光５５及びＣＷレーザ光５２が重畳されて出力される。なお、図１０(a)(b)(c)においては、パルス状の励起電力６１が矩形波である場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、任意の波形であってもよい。また、Ｑスイッチパルスレーザ光５１の１回の出力インターバル時間Ｔにつき、パルス状の励起電力６１が１回のみ投入される場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、Ｑスイッチパルスレーザ光５１の１回の出力インターバル時間Ｔにつき、パルス状の励起電力６１が複数回投入されてもよい。
【００６５】
さらに、上述した実施形態においては、Ｑスイッチパルスレーザ光５１，５１′の出力インターバル時間Ｔが１ｍ秒で固定されている場合を例に挙げて説明したが、出力インターバル時間Ｔごとの発振抑制時間Ｄが所望の値となっていれば、出力インターバル時間Ｔは任意の値に設定して構わない。
【００６６】
さらに、上述した実施形態においては、レーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４として音響光学効果型Ｑスイッチ素子が用いられる場合を例に挙げて説明したが、Ｑスイッチ素子１４の種類はこれに限られるものではなく、任意の種類のＱスイッチ素子を用いることができる。
【００６７】
さらに、上述した実施形態においては、総合制御ユニット２０の１つの励起電力制御信号発生部２５によりレーザ発振器１１の励起源１５及び励起源駆動装置２６を制御する場合を例に挙げて説明したが、レーザ発振器１１の励起源１５及び励起源駆動装置２６が複数組ある場合には、それぞれの組ごとに励起電力制御信号発生部２５を設けるようにしてもよい。
【００６８】
さらに、上述した実施形態においては、総合制御ユニット２０のレーザパルス出力信号発生部２３及び高周波電力停止信号発生部２４により、レーザパルス出力信号及び高周波電力停止信号を別個の信号として発生するようにしているが、レーザパルス出力信号のパルス幅を十分に広くとることが可能であれば、レーザパルス出力信号と高周波電力停止信号とを単一の信号として実現することも可能である。
【００６９】
さらに、上述した実施形態においては、Ｑスイッチドライバ１７が高周波電力出力ゲート部１９を有し、この高周波電力出力ゲート部１９により、高周波電力発生部１８により発生された高周波電力をレーザ発振器１１のＱスイッチ素子１４に印加するか否かを選択的に決定するようにしているが、高周波電力発生部１８のみで高周波電力の強度の変更及び高周波電力の印加／停止の切り替えを十分に高速に行えるのであれば、総合制御ユニット２０から与えられる高周波電力強度制御信号のみで全ての動作を制御することができる。すなわち、図１１に示すように、Ｑスイッチドライバ１７内に高周波電力発生部１８′のみを設けるとともに、総合制御ユニット２０内に高周波電力強度制御信号発生部２２′を設けるようにするとよい。ここで、総合制御ユニット２０の高周波電力強度制御信号発生部２２′は、レーザパルス出力信号発生部２３で発生されたレーザパルス出力信号と高周波電力停止信号発生部２４で発生された高周波電力停止信号とに基づいて、高周波電力の強度の決定及び高周波電力の印加／停止の切り替えを行うことが可能な信号（高周波電力強度制御信号）を発生するものである。なお、高周波電力強度制御信号は、高周波電力の強度の変更及び高周波電力の印加／停止の切り替えを行うよう、Ｑスイッチドライバ１７の高周波電力発生部１８′に、高周波電力に対応する所定の範囲（例えば０〜５Ｖ）の強度を持つパルス信号の形態で与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態に係るＱスイッチレーザ装置の全体構成を示す機能ブロック図。
【図２】図１に示すＱスイッチレーザ装置においてレーザ発振器の励起方式が連続励起方式である場合におけるレーザ光の発振態様の一例を説明するための図。
【図３】図２に示すレーザ光の発振態様の一変形例を説明するための図。
【図４】図２に示すレーザ光の発振態様の他の変形例を説明するための図。
【図５】一般的なＱスイッチレーザ装置におけるレーザ光の発振態様を説明するための図。
【図６】図２に示すレーザ光の発振態様のさらに他の変形例を説明するための図。
【図７】図２に示すレーザ光の発振態様のさらに他の変形例を説明するための図。
【図８】図１に示すＱスイッチレーザ装置においてレーザ発振器の励起方式がパルス励起方式である場合におけるレーザ光の発振態様の一例を説明するための図。
【図９】図１に示すＱスイッチレーザ装置においてレーザ発振器の励起方式が変調励起方式である場合におけるレーザ光の発振態様の一例を説明するための図。
【図１０】図１に示すＱスイッチレーザ装置においてレーザ発振器の励起方式が連続励起方式及びパルス励起方式を組み合わせた方式である場合におけるレーザ光の発振態様の一例を説明するための図。
【図１１】本発明の他の実施形態に係るＱスイッチレーザ装置の全体構成を示す機能ブロック図。
【符号の説明】
【００７１】
１０  Ｑスイッチレーザ装置
１１  レーザ発振器
１２ａ，１２ｂ  共振器ミラー
１３  固体レーザ媒質
１４  Ｑスイッチ素子
１５  励起源
１６  高調波発生機構
１７  Ｑスイッチドライバ
１８，１８′  高周波電力発生部
１９  高周波電力出力ゲート部
２０  総合制御ユニット
２１  制御中枢部
２２，２２′  高周波電力強度制御信号発生部
２３  レーザパルス出力信号発生部
２４  高周波電力停止信号発生部
２５  励起電力制御信号発生部
２６  励起源駆動装置
３０  レーザ要求信号
４１，４２，４３  高周波電力（ＲＦ）
５１，５１′，５３  Ｑスイッチパルスレーザ光
５２，５２ａ，５２ｂ，５４  ＣＷレーザ光
５５，５６  ノーマルパルスレーザ光
６１  パルス状の励起電力
６２ａ，６２ｂ  変調励起された励起電力
６３  ＣＷ励起電力
Ｔ  出力インターバル時間
Ｄ  発振抑制時間
Ｗ  ウィンドウ時間
【図１】
2006269798.tif 000003
【図２】
2006269798.tif 000004
【図３】
2006269798.tif 000005
【図４】
2006269798.tif 000006
【図５】
2006269798.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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